До сих пор это было неизвестно. А почему это важно? Потому что без этого нельзя понять, как происходят процессы осадкообразования, рудные процессы и прочие.
С применением методов нанотехнологий, которые сейчас стали внедряться, мы стали изучать эти мельчайшие частицы в ничтожных количествах. Достаточно сказать, что в среднем в одном литре океанской воды содержится одна десятитысячная грамма взвешенного вещества. Не буду рассказывать, как мы умудрились это сделать (в нашей стране впервые тоже это удалось сделать), но мы изучили эти осадочные вещества в толще вод. И оказалось, что здесь масса открытий, что все основные представления об осадочном процессе, которые были раньше, приходится оставить, к сожалению. И это интересно не только с точки зрения фундаментальной науки осадочного процесса, но это касается и загрязнений. Каким образом они распространяются, каким образом они удаляются? То есть теперь можно понять эти процессы. Это, конечно, очень большие и очень сложные работы, но, в конце концов, удалось установить, что распределение донных осадков и осадочного вещества идёт совсем не так, как считалось раньше.
В частности, только один пример приведу. Человечество живёт с древних времён на материках и всё в большей и большей мере своей деятельностью загрязняет реки и воздушные массы. Сейчас считается, что громадные масштабы этого загрязнения просто должны привести к большим бедам - прежде всего это выбросы углекислоты, а отсюда парниковый эффект, потепление климата, дальше тает вечная мерзлота, поднимается уровень океана - и катастрофа. Так вот, чтобы это выяснить, необходимо было изучение этих проблем, в том числе и с учётом океана.
Потребовалось изучение этого тонкого осадочного вещества не только в морской воде, но также в морских льдах, в воздухе над океаном, понадобилось понять, каким образом биосфера реагирует в целом. То есть потребовалось провести изучение всех систем, которые образуют единую систему Земли. Когда говорят про потепление климата и катастрофы, то исходят из того, что этим должны заниматься метеорологи. И действительно, вроде бы температура, атмосфера - это то, чем прежде всего они занимаются. Но новый подход, который даёт современное изучение океана, говорит, что мы должны изучить, хотим мы этого не хотим, взаимодействие всех внутренних и внешних сфер.
О внутренних сферах я уже говорил, о внешних сейчас не хватает времени рассказать, но в целом Земля уже сейчас представляется не как стабильная и фиксированная система, а как система очень подвижная, в которой происходит взаимодействие всех сфер - и внутренних и внешних. И когда мы говорим, скажем, о потеплениях, связанных с углекислотой, то выясняется (это опять-таки данные океанологии), что в океане углекислоты в 50-60 раз больше, чем в атмосфере. И что эти процессы изменения углекислотного баланса связаны, прежде всего, с биогеохимическими процессами в океане. И поэтому все прогнозы потепления, разговоры о квотах и так далее, с точки зрения современных данных океанологии - мягко говоря, неосновательны. С моей точки зрения, они не отвечают действительности, потому что масштабы тех процессов, о которых я мельком говорил, намного превышают то, что творит человек.
И ещё бы хотелось сказать (я об этом уже начинал говорить), о загрязнениях, которые с материков стекают в океаны и моря, например, в Балтийское море. Там живут 160 миллионов человек, кроме того, промышленность - всё это сбрасывается постепенно реками в море, и Балтийское море вообще часто, - может быть, сгоряча - называют «помойкой Европы». Но если вы поработаете в Балтийском море, то увидите, что дай Бог, чтобы таких помоек было побольше. А почему это происходит? Это тоже одно из открытий последних лет, названо оно мною явлением биофильтра на границе река-море. Объясню в нескольких словах, что здесь происходит.
Итак, все эти взвешенные и растворённые загрязнения поступают в море, и здесь происходит взаимодействие, с одной стороны, очень тонких, в значительной мере коллоидных, растворов и взвесей, с электролитом морской водой.
И в результате вначале происходит осаждение крупных частиц, в том числе и крупных частиц загрязнений. Затем коллоидные частицы начинают коагулировать и захватывают растворённые формы элементов, переводят их в донные осадки. Таким образом вода просветляется, и возникают условия для развития фитопланктона. Те растворённые остатки, которые прошли, забирает фитопланктон, это диатомовые водоросли, многие другие микроскопические организмы. А после этого фитопланктон является пищей для зоопланктона. Зоопланктон всё это дело отфильтровывает (это система биофильтра) и переводит в донные осадки в виде крупных частиц, пиллетов.
Таким образом, получаются - не очень научно выражаясь - как бы противогаз с тремя ступенями очистки, который надет на устье каждой крупной реки. Мы таким образом изучили великие реки Сибири - это Лена, Обь, Енисей. И сейчас работаем уже на Северной Двине. Оказалось, что 90 процентов взвешенных загрязнений, а точнее - 93, осаждаются здесь. Таким образом, природа сделала так, что человек, как он ни старается, но океан ему далеко ещё не удалось загрязнить. И я думаю, что и нашим потомкам это не удастся.
А.Г. А чем объясняется всё-таки такое незначительное, если сравнивать с материковыми отложениями, количество осадков на дне? всё-таки 300 метров - это не так много, как можно было бы себе представить.
А.Л. Это мало, конечно, это очень мало. Мы сумели определить не только распределение количеств этого взвешенного материала, но и потоки. Есть такие новые приборы, они внедрены всего около десяти лет тому назад, называются «седиментационная ловушка». Это, попросту говоря, большая воронка диаметром около метра, которая устанавливается на тросе, на определённых глубинах. И частицы, которые опускаются сверху вниз, там накапливаются. А снизу - приёмные флаконы, там за определённое время, - месяц, несколько месяцев, год - этот материал улавливается. И мы теперь можем знать, где, что, как, какие потоки существуют, это уже совершенно новая область количественной литологии и геохимии.
И совершенно чётко можно сказать, какой материал, где и как распространяется. И оказалось, что главная часть осадочного материала, 93%, как я говорил, садится в устьях рек. Но тогда, казалось бы, там должны быть какие-то тысячеметровые громадины. Действительно, геофизика показывает, что это так. Но не совсем это и так, если смотреть во времени. Глубоководное бурение показало, что главная часть осадочного вещества накапливается не в середине океанов, а по краям материкового склона. Континенты имеют подводную окраину, которая называется «шельф». Потом бровка шельфа, обычно это глубина от 100 до 200 метров. Дальше идёт крутой склон до глубин в 3-4 тысячи метров, и здесь как раз, у основания склона идёт граница двух типов коры, континентальной и океанической. И эта граница прикрыта сверху громадной толщей донных осадков. Что значит громадной? Это порядка 10-16, 20-ти километров.
А.Г. Ничего себе разброс.
А.Л. А какой же механизм? Раньше мы совершенно не представляли, каким образом это может произойти. А механизм очень интересный - теми же работами по тектонике литосферных плит в сочетании с другими методами удалось установить, что в истории океана были многократные моменты понижения уровня на несколько сот метров. А что при этом произойдёт? Скажем, это у нас шельф, он сейчас под водой, здесь глубина 100-200 метров. Когда уровень воды понижается, скажем, на 300 метров, с шельфа рыхлый материал сбрасывается течениями, волнами. Получается, что сначала всё это накапливается в устьях рек и в предлежащих частях шельфа, а потом сбрасывается, как бы бульдозером сметается к основанию склона.
Это явление я назвал лавинной седиментацией. Она имеет два уровня. Верхний уровень - в устьях рек, и нижний уровень - уровень постоянного хранения осадочного вещества, он отделён двумя-тремя тысячами метров от верхнего. Так вот, может быть, самое существенное то, что оказалось, что именно в маргинальных фильтрах накапливается значительная часть нефти и газа. И многие наши месторождения Сибири именно таким образом сейчас объясняются.
Но возникает сразу мысль: хорошо, если там накапливается, а здесь бульдозером сбросило, то, может быть, и там есть нефть? И долгое время считали, что ничего там нет, пока не начали бурить и почувствовали, уже во время работы «Гломар Челленджера», что там тоже есть признаки газов. У меня на глазах пеналы, в которых хранились керны, разрывало, а это значит, что это газ в твёрдой форме и в форме газогидратов. А следовательно, может быть и нефть.
Но дело в том, что эти месторождения можно так неудачно разбурить, что потом эти выходы нефти не закроешь. Поэтому в районе склонов до сих пор бурение не производится - именно из боязни загрязнения океана.
А.Г. И в принципе, там могут быть определённые запасы.
А.Л. Да. Но сейчас провели геофизические исследования, которые подтвердили потом бурением, пока только опытным, с применением всяких предохраняющих мер. И оказалось, что именно у основания склона находятся гигантские месторождения. Такие месторождения обнаружены у берегов Западной Африки и у атлантических берегов Южной Америки, это Бразилия и страны Африки. Запасы, которые там обнаружены, относятся к категории гигантских и супергигантских.
Таким образом, всякие мрачные прогнозы о том, что нефти нам хватит на 20-30 лет, не имеют силы. Сейчас все прогнозы отодвигается на большие сроки. И, по-видимому, первой, кто начнёт добывать, будет Бразилия…
Погода и биржевые цены

21.08.03
(00:38:20)
Участник :
Алексей Владимирович Бялко - доктор физико-математических наук
Александр Гордон : Насколько мы можем отодвинуть горизонт прогноза?
Алексей Бялко : Далеко не сможем. На это есть принципиальные преграды. Но прогноз тоже бывает разный. Можно предсказать хорошо - на день, хуже - на два. На неделю, в общем, ещё достаточно разумный прогноз. Но существует прогноз, кроме того, на месяц, на два, на три. Там просто включаются другие факторы, там другая точность, другие требования к прогнозу, но он всё равно есть. И наконец, есть прогнозы на столетие, там точности уже совсем мало, но на 50 лет тоже есть прогноз. Но он, скорее, уже не погодный, а климатический. Эту тему мы сегодня не будем затрагивать - потепление климата, это основа для серьёзного разговора. А сегодня я хотел бы с вами побеседовать о вариациях, именно краткосрочных вариациях погоды, о том, что можно сказать о них не только с точки зрения прогноза, но и о распределении этих флуктуаций погоды, которые мы, собственно говоря, каждый день наблюдаем.
Интерес к этому возрастает потому, что последнее время мы видим учащение погодных катаклизмов: наводнений, засух. С климатической точки зрения эти аномалии, по-видимому, будут усиливаться.
А.Г. Мы можем говорить о погоде, о потеплениях, о глобальных изменениях климата - не говоря о климате?
А.Б. Можно. всё равно о климате надо что-то сказать, потому что, чтобы говорить о флуктуациях, перед этим надо вычесть эту самую среднюю величину, которая и есть климат. Он тоже меняется. Поэтому вычитание среднего не всегда однозначно, но в каждой конкретной задаче его можно достаточно точно сформулировать. Я думаю, мы это сегодня увидим.
А.Г. Хорошо. Задача понятна.
А.Б. Я бы хотел, прежде чем говорить о флуктуациях, объяснить вещи, которые, в общем-то, всем известны. Но, тем не менее, простые вещи обычно ускользают от нашего внимания. Хочу сказать о физической основе этих колебаний погоды. Они приносятся к нам ветрами. А вот отчего возникает ветер, вам приходило в голову? Отчего вообще: «О чём ты воешь ветр ночной, о чём так сетуешь?..»
А.Г. В самых общих чертах я, наверное, смогу ответить на этот вопрос, но, честно говоря, не вдавался в детали.
А.Б. Ответ на него очень прост. Это явление физически называется - конвекция. Конвекцию понять просто: вот кастрюля у вас стоит на плите, снизу она подогревается, а сверху охлаждается. И собственно говоря, то же самое происходит с земной атмосферой. За моей спиной, на картинке, по-видимому, Земля, и жёлтыми стрелками обозначены солнечные лучи, которые на неё падают. Атмосфера наша достаточно прозрачна, поэтому существенная часть этих солнечных лучей достигает земной поверхности, океана или суши. И нагревает именно её. В атмосфере есть слои, которые поглощают излучение, в частности, озоновый слой. Но он берёт всего 2-3 процента солнечного излучения. Есть рассеивание излучения, которое сразу уходит в космос. А существенная часть, процентов 60-70, достигает земной поверхности и её согревает. И атмосфера прогревается снизу. Это вызывает восходящие потоки воздуха. Вот они изображены стрелками, вверх от самой поверхности земли. Они вовлекают с собой водные пары, и из-за этого, поднимаясь и охлаждаясь, образуются облака.
Но что нам важно: в основном солнечные лучи падают в район тропиков, и тропики поэтому, естественно, как мы знаем, прогреваются сильнее. И поэтому возникают потоки воздуха от тропиков на север и, соответственно, на юг (следующий, второй слайд, пожалуйста). И вот возникает система конвекции, глобальной конвекции. Справа показаны эти потоки, которые отходят от экватора к средним широтам. И там воздух начинает опускаться. Из-за того, что Земля вращается, такое прямолинейное движение ветра невозможно. Есть сила Кориолиса, которая закручивает потоки воздуха в Северном полушарии в одну сторону, в Южном - в другую сторону. Отсюда возникает некая симметрия Южного и Северного полушария. И от экватора возникает поток, идущий вдоль экватора с востока на запад - это пассаты.
Пассаты - это главные ветры на Земле, они есть как бы движущие силы всех остальных ветров. Сейчас мы к ним перейдём. А с другой стороны - они же порождают морские течения. И это постоянно действующий механизм (тут для простоты не нарисованы континенты). Но течения сталкиваются с континентами и отклоняются на север и на юг от экватора. Мы говорим сейчас об атмосфере, поэтому течения нас сейчас меньше интересуют, хотя для погоды это тоже очень важная составляющая. И погода на земле зависит от конкретного расположения континентов.
Но, казалось бы, ветры должны дуть от экватора и где-то в районе полюсов возвращаться. Но получается не так. Получается, что возникает на Земле как бы три таких конвективных ячейки, они называются: ячейка Хедли, Феррела и Полярный антициклон (на рисунке изображены слева). И поэтому в нашей полосе средних широт ветры дуют в основном с запада на восток. Вернее, ветры-то дуют во все стороны, а вот движение циклонов и антициклонов происходит с запада на восток, к нам они приходят из Европы. А на Европу надвигаются с Атлантического океана. Это как раз и даёт возможность предсказывать погоду, потому что мы в принципе знаем основные направления перемещения циклонов и антициклонов. Но что такое сами эти циклоны и антициклоны, более мелкие ячейки, чем основные ячейки конвекции?
Возникает непрерывное дробление общей конвективной картины на всё более мелкие и мелкие ячейки. Здесь самые большие антициклоны изображены как основные ячейки конвекции. На их фоне возникают более мелкие. И так до самых малейших дуновений ветерка. И вся эта гамма возмущений, весь спектр размеров циклонов, он и отражается в колебаниях, он сказывается на тех флуктуациях погоды, о которых мы будем говорить.
А.Г. Раз уж мы говорим о простых вещах - чем отличается циклон от антициклона?
А.Б. Третий слайд покажите, пожалуйста. Они тут изображены. Средний рисунок - это вертикальная плоскость. В циклоне воздух поднимается и, охлаждаясь наверху, образует облака. Поэтому при циклонах небо покрыто облаками. При этом на поверхности Земли воздух сходится к центру циклона, поднимается и наверху расходится. И эти направления изображены снизу и сверху. Снизу - на поверхности Земли, сверху - наверху, в верхних слоях тропосферы.
А закручиваются они потому, что существует сила Кориолиса. Это изображение для Северного полушария. В Южном полушарии направления закрутки будут обратные. Но циклоны - всегда области пониженного давления на поверхности Земли и повышенного сверху. А антициклоны - это области повышенного давления на поверхности Земли и пониженного - сверху. Самые верхние и самые нижние кривые относятся как раз к давлению на поверхности и, наоборот, в верхних слоях атмосферы.
И вся такая система ветров, она движется, она не стоит на месте. Поэтому циклоны всё время замещают антициклоны. И грубо говоря, у нас половина поверхности Земли покрыта из-за этого облаками, а половина - это ясная, солнечная погода, когда ветер опускается, движение происходит сверху вниз. Воздух при своём движении вниз согревается, и облака не образуются.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28